Das "Clever" - Wissensbuch

Die wissenschaftlichen Erläuterungen aus Sendung 25

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1. Hubschrauber

Frage: Wie verhält sich das Gesamtgewicht eines luftdichten Glaskastens, wenn ein darin befindlicher Modell-Hubschrauber vom Boden abhebt und fliegt? Wird es kleiner, bleibt es gleich oder wird es gar größer?

Kurzerläuterung: Das Gewicht bleibt gleich, zumindest wenn der Hubschrauber in der Luft stehen bleibt. Das Geheimnis liegt in dem physikalischen Phänomen des abgeschlossenen Systems.

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Wissenschaftliche Erläuterung

Es gibt also keinen Gewichtsunterschied, wenn der Hubschrauber sich ruhend auf dem Boden und wenn er sich ruhend in der Luft befindet. Der Glaskasten bildet ein abgeschlossenes System. Ein abgeschlossenes System ist eine Idealisierung und in der Realität nicht zu erreichen. Trotzdem ist in unserem Fall der Gasaustausch (Luft) so gering, dass dieser Effekt vernachlässigt werden darf. Ein abgeschlossenes System ist dadurch gekennzeichnet, dass keine Materie aus dem Glaskasten hinaus und hinein kann (Erhaltung der Masse) und dass der Gesamtimpuls des Systems unverändert Null ist (Erhaltung des Gesamtimpulses), da sowohl Kasten wie auch Hubschrauber in senkrechter Richtung die Geschwindigkeit Null haben (Impuls ist das Produkt der Masse eines Körpers mit seiner Geschwindigkeit). Somit wird, wenn der Helikopter fliegt, keine zusätzliche Kraft auf die Waage ausgeübt, auf der sich der Glaskasten mit dem Helikopter befindet.

Dies gilt allerdings nicht für die Bewegung des Auf- und Absteigens. Der Impulserhaltungssatz trifft beim Auf- und Absteigen des Hubschraubers nicht zu! Denn beim Aufsteigen hat der Hubschrauber einen Impuls nach oben. Dieser müsste durch einen entgegengesetzt gleich großen Impuls des Kastens nach unten ausgeglichen werden. Dazu müsste aber der Kasten sich nach unten bewegen können (Rückstoßprinzip), was er aber nicht kann. Deshalb drückt er zusätzlich zu seiner Schwerkraft auf die Unterlage. Während des Aufsteigens des Hubschraubers zeigt die Waage also einen höheren Wert an. Das Gegenteil ist der Fall, wenn der Hubschrauber wieder absinkt. Dann zeigt die Waage weniger an.

 

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